JPH0437025A - 気相成長装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、半導体基板に所要の薄膜をエピタキシャル
成長させる気相成長装置の改良に係り、反応容器の開口
部の近傍に、あるいはさらに反応ガス供給系に不活性ガ
ス供給系を接続し、反応ガスの供給停止時に常時乾燥Ｎ
２ガス等の不活性ガスを供給可能にして炉内雰囲気を一
定乾燥雰囲気に保つことにより、反応生成物中に吸着さ
れる水分等の影響による成膜面粗れを防止できる気相成
長装置に関する。

従来の技術 バレル型気相成長装置は、第５図に示す如く、円筒状の
反応容器（１）内に、多数の半導体基板（２）を載置し
て回転させる例えば、略多角錐状のサセプター（３）を
シールプレート（４）に垂架して収納し、反応ガスを反
応容器（１）の上部開口に設けたガスリング（５）の内
周側の噴射ノズルから容器内に導入して、排気ガスは下
部中央の排気ガスライン（６）から導出する構成であり
、反応容器（１）の円筒部外周に赤外線ランプ（図示せ
ず）を周配置し、サセプター（３）を輻射加熱する。

反応容器（１）の上開口は、サセプター（３）が挿入さ
れてシールプレート（４）で密封され、反応容器（１）
内には、開口部に周設されたガスリング（５）の内周部
に設けた噴射ノズルより反応ガスが噴射導入され、輻射
加熱されたサセプター（３）上の半導体基板（２）に、
所要の薄膜をエピタキシャル成長させる。

詳述すると、従来のバレル型気相成長装置におけるガス
パージは、サセプター（３）の挿入後の密封された反応
容器（１）内には、例えば、反応メインガスとなるＮ２
ガスが噴射され、エピタキシャル成長中供給される。

エピタキシャル成長終了時点で、Ｎ２ガスの供給が停止
されて、シールプレート（４）の上部に接続されたＮ２
ガスラインより、シールプレート（４）下面のノズルか
らのＮ２ガスで、反応容器（１）内を数分間、ガスパー
ジする（以下ハイフローという）。

ハイフロー終了後は、シールプレート（４）とガスリン
グ（５）間の密封状態を解放し、さらにシールプレート
（４）ごとサセプター（３）を上昇させ、成膜を完了し
た半導体基板（２）を搬出し、次いで新たな成膜を行う
ための半導体基板（２）を装着する。この間シールプレ
ート（４）下面のノズルからのＮ２ガスによりパージが
行われている。

またこの間、反応容器（１）内に半導体基板（２）が落
下するのを防止するため、ガスリング（５）上部には、
落下防止用板（７）が載置されている。

半導体基板（２）の交換を完了した後、落下防止用板（
７）を外し、シールプレート（４）を下降させてサセプ
ター（３）を挿入し、シールプレート（４）とガスリン
グ（５）間をロックして反応容器（１）を密封する。

密封後、前述のシールプレート（４）下面からのハイフ
ローを行い、Ｎ２ガスによるパージ後、ガスリング（５
）より反応メインガスとなるＮ２ガスが噴射される。

発明が解決しようとする課題 従来のバレル型気相成長装置において、エピタキシャル
成長反応中の半導体基板（２）に、クモリ（面粗れ）の
発生やパーティクルの付着する問題があった。

かかる気相成長装置の現状を調査したところ、従来のバ
レル型気相成長装置におけるガスパージは、上述したよ
うに、サセプター（３）を上昇させた時点で、Ｎ２ガス
はシールプレート（４）下側からしか流れておらず、反
応容器（１）内においては、Ｎ２ガスパージが全くされ
ていない。

このため、反応容器（１）内には、装置周辺雰囲気、す
なわち空気や水分等の巻き込みが生じ、エピタキシャル
成長中に反応容器（１）内壁、反応ガスの噴射ノズルか
らガス供給ライン中に酸化物が生成し、生成された反応
ガス残渣生成物中のポリマー中に前記水分等が吸着され
てしまい、当該芯ガス残渣生成物中に吸着される水分等
の影響により、エピタキシャル成長反応中にクモ１バ面
粗れ）及びパーティクルの付着が発生していた。

縦型気相成長装置も、ベースプレート上にドーム型の反
応容器を載置密封して反応室を形成し、該反応容器内に
半導体基板を載置するテーブル型のサセプターを回転可
能に配置し、サセプターの下方に加熱用の高周波発振コ
イルを設け、サセプターの中央に貫通配置した噴射ノズ
ルより反応ガスが導入噴出され、基板上で気相成長反応
が行なわれた後、反応ガスは反応室下方、すなわち、ベ
ースプレートに設けられたガス排気口より排出される構
成からなり、半導体基板の入れ替え時には、反応ガス用
の噴射ノズルからＮ２ガスパージされるのみであり、バ
レル型気相成長装置と同様に、エピタキシャル成長反応
中にクモリ（面粗れ）及びパーティクルの付着が発生し
ていた。

この発明は、縦を及びバレル型気相成長装置における現
状に鑑み、半導体基板の入れ替え時に際して、反応容器
内のに周辺雰囲気の空気や水分等の巻き込みが生じない
構成からなる気相成長装置の提供を目的としている。

発明の概要 この発明は、半導体基板の入れ替え時に反応容器内に周
辺雰囲気の巻き込みが生じない構成を目的に、反応容器
について種々検討した結果、反応容器の開口部あるいは
その近傍に、Ｎ２等の乾燥不活性ガスを反応容器外へ噴
射可能にした不活性ガス噴射装置を周配置することによ
り、反応容器内を一定乾燥雰囲気に保つことができ、エ
ピタキシャル結晶欠陥が大幅に減少し、歩留が向上する
ことを知見し、この発明を完成したものである。

すなわち、この発明は、 反応容器と密閉部材とで反応室を形成し、反応ガスを反
応室内に導入し、サセプター上の加熱された所要基板表
面に薄膜をエピタキシャル成長させる気相成長装置にお
いて、 サセプターあるいは基板を装入出するための反応容器の
開口部あるいはその近傍に、開放時の反応容器内に水分
等の侵入を防止して反応容器内を乾燥雰囲気に保つため
の乾燥不活性ガスを反応容器外へ、または開口部を封鎖
可能に噴射する不活性ガス噴射装置を周配置したことを
特徴とする気相成長装置である。

また、この発明は、上記構成において、反応ガスの供給
停止時に乾燥不活性ガスを反応ガス導入用噴射ノズルよ
り反応容器内に噴射可能に、バレル型気相成長装置の反
応ガス供給系に、切り替え接続可能に、乾燥不活性ガス
の供給系を配設したことを特徴とする気相成長装置であ
る。

さらに、この発明は、上記構成において、反応生成物の
付着を低減するために、排気ガス系に温度制御用の加熱
手段を備えたことを特徴とする気相成長装置である。

発明の図面に基づく開示 第１図、第２図はこの発明によるバレル型気相成長装置
の説明図である。第３図はこの発明によるバレル型気相
成長装置のヒートパターンを示すグラフである。第４図
ａはこの発明による縦型気相成長装置の説明図であり、
同図すはガス噴射装置の詳細を示す下面図である。

ここでは、不活性ガスにＮ２ガスを用いた例を示す。

僅葬１ 第１図に示すこの発明によるバレル型気相成長装置は、
前述した第５図の従来装置と同様構成において、ガスリ
ング（５）の上端外周部に乾燥Ｎ２ガス噴射装置（ｌＯ
）を設けである。

乾燥Ｎ２ガス噴射装置（１０）は、リング状部材がらな
り、ガスリング（５）の上端外周部を改造して装着可能
となしてあり、内周面に水平方向及び若干水平より上向
きにガス噴射できるよう多数個のノズルを配設してあり
、乾燥Ｎ２ガスの供給管に接続しである。

マタ、乾燥Ｎ２ガス噴射装置は、新たにガスリング（５
）と一体に構成したり、あるいはガスリング（５）とシ
ールプレート（４）間のロック機構近傍に配設するなど
、種々の構成を採用することができる。

また、反応ガス供給系に乾燥Ｎ２ガス供給系を切り替え
接続可能にする切替え弁（１１）を配設してあり、反応
ガスの供給停止時に乾燥Ｎ２ガスをガスリング（５）の
噴射ノズルより反応容器（１）内に噴射可能に構成しで
ある。

作用効果 上記構成において、所要の成膜工程が完了した後、反応
ガスの供給が停止され、シールプレート（４）からの乾
燥Ｎ２ガスによるパージとともに、前記乾燥Ｎ２ガス噴
射装置（ｌＯ）からのパージ、及び切替え弁（１１）を
作動させてガスリング（５）の噴射ノズルより乾燥Ｎ２
ガスによるパージが開始される。

サセプター（３）の上昇後は、ガスリング（５）に設け
た乾燥Ｎ２ガス噴射装置（１０）からの乾燥Ｎ２ガスに
より、反応容器（１）の開口部がシールされ、かつガス
リング（５）からの反応容器（１）内への乾燥Ｎ２ガス
噴射により、反応容器（１）内は一定乾燥雰囲気に保持
される。

反応ガス残渣から生成される物質（一般的に５ｉｘＨｙ
Ｃ１ｚ）は、加水分解することにより５ｉ０２、Ｎ２、
ＨＣＩを生じるが、ＭＣＩを含んだ５ｉ０２は、吸湿性
が非常に大きく、ここで吸着された水分の影響で、エピ
タキシャル成長時の熱処理で、基板表面で、Ｓｉ　＋　
Ｎ２０→ＳｉＯ↑＋Ｈ２↑のような反応が起こり、エピ
タキシャル成長表面に不要な凹凸をもたらす。

また、排気ガスライン中に残るエピタキシャル成長中に
生成したポリマー（Ｓ１ｘＨｙＣ１ｚ）については、物
質によっては沸点が低いものも存在する。

これらは、サセプター（３）を上昇させた際に、空気中
の水分が存在する過程で、加水分解を起こし、５ｉ０２
系の物質に変わり熱的に安定し、パーティクルの発生の
要因となる。

しかし、この発明によるバレル型気相成長装置は、上述
の構成により反応容器（１）内は一定乾燥雰囲気に保持
されるため、吸着水分量の低減化および反応ガス残渣よ
りの生成物質の低減化が図られて、極めて良好なエピタ
キシャル成長が可能になり、また、パーティクルの低減
化も可能になる。

構成２ さらに、パーティクルの低減化を図るには、上述の構成
に加えて、第２図に示す如く、排気ガスライン（６）に
加熱装置（１２）を設け、サセプターを降ろしたままの
状態で、排気ガス温度計（１３）からの温度信号に従い
加熱装置（１２）を制御し、排気ガスライン（６）に１
００℃〜３００℃の熱をかけると、沸点の低い物質につ
いては、ガス化蒸発し、反応ガス残渣よりの生成物質の
低減化を図り、パーティクルの発生を低減できる。

加熱装置（１２）は、シール部近傍を除いて、反応容器
（１）出口に近い箇所に設置するとよい。

惧屋ｊ この発明による縦型気相成長装置は、第４図に示す如く
、ベースプレー）　（２１）上にドーム型の反応容器（
２０）を載置して反応室を形成し、該反応容２０（１）
内に半導体基板を載置するテーブル型のサセプター（２
２）を回転可能に配置し、サセプター（２２）の下方に
加熱用の高周波発振コイル（２３）を設け、サセプター
（２２）の中央に貫通配置した噴射ノズル（２４）より
反応ガスが導入噴出され、基板上で気相成長反応が行な
われた後、反応ガスは反応室下方、すなわち、ベースプ
レート（２１）に設けられたガス排気口より排出される
構成からなる。

さらに、反応容器（２０）の下方開口部の近傍に、下面
に多数の噴射孔を配設した環状の乾燥Ｎ２ガス噴射装置
（２５）が周設してあり、Ｎ２ガス供給管に接続しであ
る。

気相成長を行うには、反応容器（２０）を閉じた後、噴
射ノズル（２４）よりのＮ２ガスで反応室内を置換し、
続いてＮ２ガスで置換して、サセプター（２２）上に載
せた基板を高周波発振コイル（２３）により加熱し、噴
射ノズル（２４）から導入した反応ガスを基板上で反応
させ、エピタキシャル成長を行う。

反応容器（１）を開放する際には、噴射ノズル（２４）
よりの乾燥Ｎ２ガスで反応室内を置換するとともに、反
応容器（２０）の開口部近傍に設けた乾燥Ｎ２ガス噴射
装置（２５）より、乾燥Ｎ２ガスを下方に噴射すること
により、反応容器（１）周囲の雰囲気ガスの巻き込みも
なく、反応容器（１）内を一定感想雰囲気に保持するこ
とができ、吸着水分量の低減化および反応ガス残渣より
の生成物質の低減化が図られて、極めて良好なエピタキ
シャル成長が可能になり、また、パーティクルの低減化
も可能になる。

実施例 前述した第１図及び第２図のこの発明によるバレル型気
相成長装置を用い、同一条件で気相成長を行った。

その際、この発明の特徴である ■ガスリングの上端外周部に設けた乾燥Ｎ２ガス噴射装
置、 ■反応ガスの供給停止時に乾燥不活性ガスを反応ガス導
入用噴射ノズルより反応容器内に噴射可能にした切替え
弁 ■排気ガスラインに設けた加熱装置 の各装置を単独で作動させた場合、及び組み合せて作動
させた場合、いずれも作動させない従来装置の場合のそ
れぞれについて、反応生成物中に吸着される水分等の影
響による成膜面粗れのない良品率、パーティクルの低減
化による良品率で評価し、従来装置の場合に対する向上
率で評価した。

前記■のみの作動、■のみの作動のいずれも、従来装置
に比べて、良品率が３％以上向上した。

前記■と■を組わせて作動させると、良品率が３％以上
向上しかつばらつきもなく安定した良品率かえられた。

前記のに■を組わせて作動させた場合、前記■に■を組
わせて作動させた場合のいずれもパーティクルの低減化
による良品率が従来装置に比べて、３％以上向上した。

発明の効果 要するに、この発明によれば、下記作用効果を得ること
ができ、エピタキシャル結晶欠陥が大幅に減少し、成膜
歩留が向上する。

ａ）反応容器開口からの雰囲気ガスの巻き込みがなく、
さらに、反応容器内を乾燥Ｎ２で常時パージできで、従
来装置で問題となっていたエピタキシャル成長表面に及
ぼす、吸着水分等の影響が低減できる。

ｂ）水分を吸着すべきエピタキシャル反応ガス残渣によ
る生成物質の絶対量が減少し、良好なエピタキシャル成
長が可能になる。

Ｃ）前記ｂ）に伴ない、エピタキシャル反応ガス残渣に
よる生成物質が加水分解を起こした際に発生する５ｉ０
２系のパーティクルについても、その発生量が減少する
。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図はこの発明によるバレル型気相成長装置
の説明図である。第３図はこの発明によるバレル型気相
成長装置のヒートパターンを示すグラフである。第４図
ａはこの発明による縦型気相成長装置の縦断説明図であ
り、同図すはガス噴射装置の詳細を示す下面図である。 第５図は従来のバレル型気相成長装置の説明図である。 １．２０・・・反応容器、２・・・半導体基板、３．２
２・・・サセプター、４・・・シールプレート、５・・
・ガスリング、６・・・排気ガスライン、７・・落下防
止用板、１０，２５・・・乾燥Ｎ２ガス噴射装置、１１
・・・切替え弁、１２・・・加熱装置、１３・・・排気
ガス温度計、２１・・・ベースプレート、２３・・・高
周波発振コイル、２４・・・噴射ノズル。 第２図 第３図 第５図 第４図 （ｂ） 手続補正書 補正の内容 平成３年７月４日 １゜

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 反応容器と密閉部材とで反応室を形成し、反応ガスを反
   応室内に導入し、サセプター上の加熱された所要基板表
   面に薄膜をエピタキシャル成長させる気相成長装置にお
   いて、 サセプターあるいは基板を装入出するための反応容器の
   開口部あるいはその近傍に、乾燥不活性ガスを反応容器
   外へ、または開口部を封鎖可能に噴射する不活性ガス噴
   射装置を周配置したことを特徴とする気相成長装置。 ２ バレル型気相成長装置の反応ガス供給系に、切り替え接
   続可能に、乾燥不活性ガスの供給系を配設したことを特
   徴とする請求項１記載の気相成長装置。